殼聚糖強(qiáng)化生物作用的機(jī)理

殼聚糖強(qiáng)化生物作用的機(jī)理研究摘要：將不同分子量的殼聚糖投加于SBR生物反應(yīng)器處理生活廢水，通過(guò)比較處理效率、污泥活性、污泥結(jié)構(gòu)等指標(biāo)來(lái)探明殼聚糖強(qiáng)化活性污泥生物作用的機(jī)理。研究表明，殼聚糖雖對(duì)污泥活性有一定抑制作用，但能很好地改善污泥的絮體結(jié)構(gòu)，從而提高活性污泥的處理效率，其中分子量越大的殼聚糖強(qiáng)化生物處理的效果越佳。關(guān)鍵字：殼聚糖活性污泥分子量殼聚糖及其衍生物在水處理中有很大的潛力和應(yīng)用前景。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的報(bào)導(dǎo)主要集中在吸附和絮凝方面[1～6]。也有報(bào)道表明，殼聚糖是一種很好的污泥調(diào)理劑，將其用于活性污泥法廢水處理，有助于形成良好的活性污泥菌膠團(tuán)，并能提高處理效率[7～10]。但研究其對(duì)活性污泥中微生物活性的影響以及其強(qiáng)化生物作用的機(jī)理，國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)有報(bào)導(dǎo)。本實(shí)驗(yàn)是在不改變現(xiàn)有設(shè)備及工藝流程的條件下，在普通活性污泥法中投加不同分子量的殼聚糖，通過(guò)比較處理效率、污泥活性及污泥結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，研究不同分子量的殼聚糖對(duì)活性污泥處理效果的影響，進(jìn)一步探索殼聚糖改善出水效果，強(qiáng)化生物作用的機(jī)理，并選出最佳的殼聚糖的類型，為殼聚糖的進(jìn)一步應(yīng)用提供了實(shí)踐指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。1

實(shí)驗(yàn)方法和材料1.1實(shí)驗(yàn)材料殼聚糖：本實(shí)驗(yàn)室由浙江玉環(huán)縣化工廠購(gòu)得甲殼素，再自制成一系列脫乙酰度69%的殼聚糖，分子量分別為6.56萬(wàn)、22.30萬(wàn)、31.25萬(wàn)(根據(jù)Mark-Houmink方程：，用烏氏粘度計(jì)測(cè)定表面粘度后計(jì)算得到)?；钚晕勰啵喝∽蕴焐轿鬯畠艋瘡S曝氣池中的污泥，馴化兩周。實(shí)驗(yàn)水樣：采用自配的模擬生活污水，含有碳、氮、磷及多種微量元素。1.2實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用模擬SBR法。在4套相同的裝置中分別投加3種不同分子量的殼聚糖，另一個(gè)不投加作空白來(lái)處理同一模擬生活廢水，進(jìn)行平行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。按照殼聚糖調(diào)理污泥的最佳投量，一般為總固體含量的0.5%～1.5%[9]。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中根據(jù)排泥排水量適量補(bǔ)充殼聚糖。采用限制性曝氣，每天運(yùn)行4個(gè)周期，每個(gè)周期6h，其中進(jìn)水時(shí)間0.75h，曝氣反應(yīng)時(shí)間3.75h，沉淀時(shí)間0.75h，排水閑置時(shí)間0.75h。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)各反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度均保持在3～4g/L，pH保持在7.0左右，溶解氧保持在3～4mg/L。各生物反應(yīng)器的有效容積為9L，進(jìn)排水均為4L。2

結(jié)果與討論2.1加不同分子量的殼聚糖對(duì)廢水中有機(jī)物(CODCr、NH3-N、BOD5)去除率的比較由圖1、圖2和表1可看出，投加不同分子量的殼聚糖后，活性污泥對(duì)CODCr、NH3-N及BOD5的去除率均比空白樣高約10%，其中以投加大分子量殼聚糖的污泥處理效果最好。由于實(shí)驗(yàn)水樣是采用自配的模擬生活污水，可生化性較好，易降解，所以在不投加殼聚糖的情況下，也能達(dá)到較好的處理效果。但總的來(lái)說(shuō)，殼聚糖的投加會(huì)在普通活性污泥法的基礎(chǔ)上改善出水水質(zhì)。表1

進(jìn)、出水BOD5及其去除效率背項(xiàng)目樣運(yùn)行方式奮投加大分子量拒殼聚河糖毅(31.25產(chǎn)2供萬(wàn)滾)鉗投加中分子量敞殼聚雁糖籍(22.30健4線萬(wàn)狠)皮投加小分子量尸殼聚貴糖藝(6.5愿6梨萬(wàn)蠶)來(lái)空白拿進(jìn)私水臟BOD于5寬平均腐值棟/mg·L錫-1共580禁出海水蒸BOD饞5健平均晝值肝/mg·L直-1年出枯水猶BOD家5單去除效分率廟/%旦11宗15秋19曾49律98.10億97.41薪96.72榮91.552.2污泥活性的比較MLVSS/MLSS是一種最簡(jiǎn)單的表征污泥活性的方法，它是考察污泥混合液中揮發(fā)性組分與總固體的比值。測(cè)定MLVSS及MLSS，對(duì)比投加不同分子量殼聚糖后污泥活性變化的情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可看出，投加殼聚糖后活性污泥的有效成分均低于空白值，說(shuō)明殼聚糖的投加對(duì)污泥活性不僅沒(méi)有促進(jìn)作用，反而有一定的抑制作用。對(duì)比3種不同分子量的殼聚糖，投加小分子量殼聚糖后污泥的有效成分略微低于投加大分子量和中分子量的殼聚糖。2.2.2耗氧速率勿活性污泥豎微生物在代謝毒有機(jī)物時(shí)最顯重著的特征就是爐消耗水中的溶速解氧，因此通閉過(guò)微生物耗氧嬸速率的大小可絹以間接反映酶恩活性的強(qiáng)弱，傍即反映污泥活者性的強(qiáng)弱。在灶相同的條件下爪，取出各生物惱反應(yīng)器中的污午泥混合液，曝嚷氣至飽和后測(cè)溜定耗氧速率，夸結(jié)果見(jiàn)押圖潑4泡。輝華圖滿4杜中各回歸曲線搏斜率的絕對(duì)值止即為耗氧速市率貞(耽mgO睡2忠/勇（墨L·mi循n決）符)是。從圖中可看手出，投加殼聚扁糖后，混合液疏的耗氧速率均館小于空白樣。漿這間接地反映皂出空白樣微生蹲物的酶活性要億高于投加殼聚融糖后微生物的阿酶活性。說(shuō)明腳投加殼聚糖后火會(huì)對(duì)污泥活性渴產(chǎn)生一定的抑急制作用；對(duì)貿(mào)比斯3槐種不同分子量爛殼聚糖可發(fā)現(xiàn)老，投加小分子同量殼聚糖后耗勁氧速率最小，米其微生物的酶膝活性最差，說(shuō)蛛明投加小分子攀量殼聚糖對(duì)污剪泥活性抑制最宣為明顯。軟噸血羨踏脫氫酶活性靠廢水生物掀處理的實(shí)質(zhì)，壟是經(jīng)微生物所裳產(chǎn)生的多種酶方催化的生物氧臭化還原反應(yīng)。乎在有機(jī)物的氧峰化過(guò)程中，脫夕氫酶則是氧化敵還原酶的一種烏，是微生物降田解有機(jī)污染物抗獲得能量的必輕須酶，它催化底基質(zhì)脫氫反應(yīng)晚，并將脫下來(lái)秘的氫傳遞給受吃氫體，同時(shí)為置細(xì)胞體提供能盼量，它參與從頓有機(jī)物到分子陳氧化的電子得印失的整個(gè)過(guò)程種，由活的生物臟體所產(chǎn)生。脫盾氫酶活性的大閉小不僅影響該執(zhí)途徑進(jìn)行的程輝度，而且還直所接表示生物細(xì)也胞對(duì)基質(zhì)降解聯(lián)能力的強(qiáng)弱，謝因而成為廢水立生物處理中一句項(xiàng)考察污泥活董性的重要指標(biāo)刑[11]肚。采般用摘2亂，競(jìng)3年，抓5福－三苯基氯化患四氮嫩唑組(滋簡(jiǎn)同稱詢TTC題)伴為受氫體測(cè)定寫各生物反應(yīng)器言內(nèi)污泥的脫氫訂酶活性威[12]牽，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)講圖繼5活。形由該圖態(tài)5治可以看出，投吊加殼聚糖后污患泥的脫氫酶活薦性明顯比空白給樣的脫氫酶活尤性差。這是由湯于殼聚糖游離乖氨基的存在，河它在稀酸溶液鴿中轉(zhuǎn)化成正銨續(xù)鹽，這種銨鹽錘與微生物帶負(fù)膠電荷的原生質(zhì)命接觸而破壞了性它的細(xì)胞壁，漲從而殺滅細(xì)菌界。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)少果正說(shuō)明了殼棍聚糖有抑菌作乏用，從而抑制騙污泥的脫氫酶托活性；對(duì)于投波加不同分子量目的殼聚糖，測(cè)持得的脫氫酶活員性差別不是十甜分明顯。投加味小分子量殼聚升糖的脫氫酶活漆性略微小于大鑰分子量和中分皂子量的殼聚糖多。律由證圖抬3忌、瘦4皂、熱5速可看出，殼聚縱糖隨著分子量柔的降低抑菌性仰能增強(qiáng)的規(guī)律拜，這是因?yàn)榉譀鲎恿吭叫?，其土越容易進(jìn)入細(xì)椅胞壁的空隙結(jié)扮構(gòu)內(nèi)，與帶負(fù)掀電荷的細(xì)胞質(zhì)些發(fā)生作用，擾撿亂細(xì)胞正常代技謝，從而抑菌狐性越強(qiáng)?？坊?.3殺劇污泥絮凝沉降洪性能和污泥容替積指數(shù)的比較挽頌很唯皂污泥絮凝沉降委性能史在相同的隆條件下，測(cè)定冬各生物反應(yīng)器治內(nèi)污泥的絮凝戚沉降性能，實(shí)雙驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)叮圖返6旅。歷霜圖盛6說(shuō)表明，投加殼列聚糖后，污泥距的沉降壓實(shí)性地能比空白樣的妨好。其原因主矮要是：爽（罪1慶）殼聚糖分子核鏈上存在大量已的游離氨基，鄙能較好地中和皇污泥膠體顆粒鑰的負(fù)電荷，使曉污泥顆粒聚集欠絮凝；算（圣2笛）殼聚糖分子熟鏈上帶有多種恰高活性的吸附牽基團(tuán)，如羰基秘、氫氧根、氨域基等，它們能婆通過(guò)范德華力迅、氫鍵力、配歌位鍵力等物理罷化學(xué)作用與污睛泥顆粒發(fā)生作闖用，增強(qiáng)其吸駁附絮凝能力，撒不易破碎；庸（裹3悅）殼聚糖能發(fā)辜揮高分子鏈的迫架橋作用使污皺泥顆粒易于絮晴凝而沉淀。而爛在霸3羊種不同分子量謹(jǐn)殼聚糖中，以掩投加大分子量愛(ài)殼聚糖的污泥睜沉降性能最好共。因?yàn)樾》肿幼恿繗ぞ厶怯捎谒痉肿渔溳^短，址其帶有的吸附掙基團(tuán)較少，所歇以絮凝作用沒(méi)嘴有大分子量的偷明顯，污泥絮臟體結(jié)構(gòu)不如大巡分子量的緊密歌。持扒播蝴膏污泥容積指務(wù)數(shù)逃(碼SVI位30耗)欲膊在槐4艱套裝置穩(wěn)定運(yùn)創(chuàng)行狀態(tài)下，連產(chǎn)續(xù)不排泥，觀坡察污泥容積指略數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定繼結(jié)果見(jiàn)筋表中2拳。貴表器2

臭遙各生物反應(yīng)器少內(nèi)嫌SVI鐮30與值的比較選運(yùn)行天容數(shù)眨/d鴿運(yùn)行方式竿投加大分子量鑄殼聚亂糖籠(31.25擾2婆萬(wàn)止)越投加中分子量兵殼聚啟糖撞(22.30兔4獸萬(wàn)恩)鑄投加小分子量馬殼聚怪糖種(6.5耍6麥萬(wàn)萍)老空白降樣達(dá)(校不投獲加可)母1孟120.91轎105.87饅111.97魔121.21棒2毫107.58動(dòng)106.26根111.80尺126.33游3制106.97井97.97圖123.70風(fēng)156.98扛4勒121.03臨109.98奸165.11損188.36望5抹126.82琴118.51贏178.23糖187.84冊(cè)在不排泥蓮期間，各生物前反應(yīng)器內(nèi)污泥拆的增長(zhǎng)并無(wú)較科大的區(qū)別，說(shuō)昆明投加殼聚糖淺對(duì)污泥的增長(zhǎng)銀無(wú)明顯的促進(jìn)索作用。但可看藍(lán)出，當(dāng)污泥濃載度變高時(shí)，普室通活性污泥姿的轎SV纖I傭變高，甚至超毅過(guò)時(shí)18婚0役，污泥沉降性壽能變差，污泥幕開始膨脹，出增水水質(zhì)變差。獻(xiàn)因此，對(duì)于普椒通活性污泥法嘆，不能通過(guò)提倍高曝氣池中污介泥濃度來(lái)提高共處理效率和處芝理水量，否則斗會(huì)發(fā)生污泥膨鍋脹現(xiàn)象；殼聚音糖的投加改善夏了污泥凝聚沉餐降性能。當(dāng)污析泥濃度變高時(shí)仍，仍保持較好打的污泥沉降性晃能些，估SVI寒30包低。同時(shí)污泥老濃度的提高又肝降低了污泥負(fù)迫荷，還可進(jìn)一蝶步改善污泥沉徑降性能，從而襯可提高處理水翁量和處理效率扔；小分子量殼諸聚糖由于分子李鏈較短，其絮粘凝作用沒(méi)有大瘡分子量的明顯古，污泥絮體結(jié)模構(gòu)不是非常緊載密，當(dāng)達(dá)到一肥定的污泥濃度乎時(shí)也有污泥膨啄脹的趨勢(shì)，但案仍優(yōu)于普通活除性污泥，這與據(jù)圖燃6割的結(jié)論也是一釀致的。鬼察氧2.4姐搶污泥結(jié)構(gòu)的比膜較瀉轎齡2.4.績(jī)1版污泥絮體形態(tài)爬圖厭7植大分子量殼聚務(wù)糖的污泥絮體昂形態(tài)烈圖鐮8餓中分子量殼聚盯糖的污泥絮體爭(zhēng)形態(tài)林圖咸9殊小分子量殼聚徹糖的污泥絮體資形態(tài)憐圖宮10陣辰不投加殼聚糖糕的污泥絮體形本態(tài)抗從以畢上鵝4建幅圖中可看出僅，污泥絮體結(jié)蜻構(gòu)有較大區(qū)別翅：否（查1?。┩都託ぞ厶欠液笪勰嘈躞w結(jié)茅構(gòu)要明顯優(yōu)于導(dǎo)空白樣。空白餃樣的污泥絮體業(yè)分布較松散，瓦每個(gè)絮體形狀詳較小，絮體與扁絮體之間沒(méi)有局連接；而殼聚開糖污泥的絮體龍結(jié)構(gòu)緊密，絮欲凝物密實(shí)，菌你膠團(tuán)形狀較大撒，且能緊密地味連接成一個(gè)整雖體。這說(shuō)明投銹加殼聚糖有助軋于細(xì)菌包覆成存粘性的團(tuán)塊，凍結(jié)合為緊密的復(fù)菌膠團(tuán)絮體，麻使污泥的結(jié)構(gòu)失明顯改善。刻（怖2講）對(duì)于不同分還子量的殼聚糖藍(lán)，投加大分子偶量殼聚糖的污按泥絮體結(jié)淘構(gòu)最為緊密，殼菌膠團(tuán)形狀最?yuàn)Z大，且污泥顆綢粒之間結(jié)合得怖最緊密；中分目子量和小分子歐量殼聚糖的絮推體結(jié)構(gòu)略微松延散一些。這說(shuō)撞明殼聚糖的分濤子量對(duì)污泥絮渡體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影港響，且分子量績(jī)?cè)酱螅勰嘟Y(jié)五構(gòu)越好。這是戀因?yàn)榉肿恿吭教O大，其分子鏈乏就越長(zhǎng)，帶有床的吸附基團(tuán)就維越多，絮凝能乖力就越強(qiáng)。彩碎路兄篩毛細(xì)吸水時(shí)間侄（畫CS冬T弱）爹土污績(jī)泥氧CS苦T疾可作為衡量污鷹泥脫水性能的墳指標(biāo)，其實(shí)質(zhì)乏是污泥通過(guò)濾級(jí)紙的毛細(xì)作用羽從一點(diǎn)滲透到叔另一點(diǎn)所需要揮的時(shí)間律。考CS奪T端值越小，即其玻滲透的速度越毀快，說(shuō)明污泥骨的脫水性能越煎好。而污泥的懲脫水性能可以蹦間接地反映出須污泥的凝聚壓謊縮性能，即反紅映污泥絮體結(jié)濾構(gòu)的好壞。測(cè)加定各生物反應(yīng)紀(jì)器內(nèi)污泥型的各CS曲T斜值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果嗎見(jiàn)潑表信3戰(zhàn)。屆表拆3

太罷投加不同殼聚戴糖與空輸白聯(lián)CS碰T仗值（秒）的比今較男測(cè)定次數(shù)盼運(yùn)行方式普投加大分子量恭殼聚糖愛(ài)（舟31.2躺5弊萬(wàn)）蕉投加中分子量咸殼聚糖吃（慶22.3欣0排萬(wàn)）膠投加小分子量歲殼聚糖討（兼6.5送6蝕萬(wàn)）芒空白樣飽1流37謊38飄45腿52臺(tái)2漫42搏45貧52喘48窄平均值賄39.5櫻41.5慘48.5紗50橡由匪表永3俯可看出，投加鍋殼聚糖的污握泥燥CS液T嚇值均小于空白暗樣，且污泥脫伶水性能由好到寺差依次為投加霞大分子量殼聚魚糖、中分子量燕殼聚糖、小分撕子量殼聚糖和侄空白樣。這從虛另一個(gè)側(cè)面再纏次驗(yàn)證了殼聚爬糖活性污泥的直絮體結(jié)構(gòu)優(yōu)于悲普通活性污泥艱，且殼聚糖的鞭分子量越大，曬污泥絮體結(jié)構(gòu)酷越好，這與前姨面討論的污泥輪沉降性能部分轎所得的結(jié)論也酸是一致的。秋塘鉛3

織扎結(jié)妄令濁論退勸（疊1俱）處理效率對(duì)顧比實(shí)驗(yàn)表明，濫投加殼聚糖能港較好地提高污種泥對(duì)有機(jī)污染服物的處理效率軌。而在投加艦的姑3儲(chǔ)種不同分子量溪?dú)ぞ厶侵?，大烤分子量殼聚糖享的處理效果最際好。絹腳（灶2喂）微生物耗氧竄速率和脫氫酶槐活性的對(duì)比實(shí)錘驗(yàn)表明，投加辨殼聚糖會(huì)在一民定程度上抑制棒污泥活性，而咐分子量越小，緩抑制作用越強(qiáng)攪。易調(diào)（庫(kù)3芒）污泥沉降性視能和污泥結(jié)構(gòu)高的對(duì)比實(shí)驗(yàn)表圖明，投加殼聚擔(dān)糖可以大大提坡高污泥的沉降贈(zèng)壓縮性能，并秘能很好地改善腳污泥絮體結(jié)構(gòu)堆。而殼聚糖分煤子量越大，污邊泥的沉降壓縮析性能和絮體結(jié)嫩構(gòu)越好。許甜（倆4績(jī)）在活性污泥害法中投加殼聚趴糖可以強(qiáng)化生寺物作用，并且湯應(yīng)選擇分子量聚較大的。參考文獻(xiàn)營(yíng)蟲蹲1潔擠蔣挺逝大挪.充殼聚漆糖救.惠北便京除:圈性化學(xué)工業(yè)出版或社爹，磨2001.手7越～定12賓矮棵2撿距崔小護(hù)明五.菊殼聚糖及其衍到生物在水處理漆中的應(yīng)登用縱.選凈水技術(shù)關(guān)，倒199熱7忘，媽（賊1匆）躲：哈4迅3恩～摸45晃睛墊3怨會(huì)張利需平岔.獨(dú)天然吸附劑－短殼聚糖的最新吳研著究便.謠陰山學(xué)刊偽，艷200侮1匪，追16(5蘆)找：濱4陶2小～衡44怪棵瞞4鼓瓜陳教深鷹亮，陳東倚輝對(duì).頃殼聚糖絮凝劑古在水處理中的尿應(yīng)腐用們.誓上海環(huán)境科學(xué)釋，紡200御0凍，蹈20(9鍬)額：割4匆～疼8咽器桂5

Rong蹤Huei題Che見(jiàn)n蒙，踢M(jìn)inLa所rngTs陷ainh.E桌ffect踩ofpre薄parati暫onmeth狹odand州chara毀cteris縣ticso祖fchit榨osano地nthe茫mechan煎icala鳳ndrel捉easep婦ropert壇iesof跳thepr肉epared童capsu娛le.Jou澆rnalo奔fAppl溝iedPo怨lymer畜Scienc派e狐，對(duì)199位7厲，夸6澆6吸：笛16概2妨～陣169精肥規(guī)6斜而彭立輪鳳劍.暖殼聚糖制備及袋在廢水中的應(yīng)傳用久.且化學(xué)世界帳，諸199牢9它，蹈（恨4狼）耳：次17駱6畫～